光热激励下微悬臂梁在流体中的振动研究

摘要

微悬臂梁结构广泛应用于微纳电子机械系统.在实际应用中,涂层和工作环境的变化对微悬臂梁结构动态工作模式有着不容忽视的影响.运用流体中双层微悬臂梁的光热振动模型,研究了在激光光热驱动下,金涂层微悬臂梁在不同流体中的振动特性.理论上得到了微悬臂梁的温度场,光热驱动力和振动变形场的解析表达式.研究结果表明,流体环境对微悬臂梁的光热振动谱有显著的影响,主要表现在共振频率的偏移和品质因子的变化两个方面.相比较于悬臂梁在真空中的响应,当悬臂梁在空气中振动时,共振频率向低频产生微小的漂移(0.7％),共振峰未发生明显变化;然而,当悬臂梁在液体中振动的时候,共振频率向低频产生巨大的漂移(58％～80％),而且品质因子发生量级上的减小,共振峰发生了畸变.本研究对微纳探测以及原子力显微镜等仪器的设计优化,有着一定的理论指导意义.